CN101204827B - 一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法，它涉及一种石膏铸型的制备方法。它解决了目前制备方法制造出的石膏铸型不能满足微熔模精铸的要求，无法用于铸造一次成形、表面光洁和尺寸精度高的微小件的问题。制备方法：一、将α或β半水硬石膏和去离子水混合搅拌；二、将步骤一搅拌混合的石膏浆料注入不透水的模型中施加超声力场作用；三、停止超声力场后在空气气氛、室温条件下放置，即得到微熔模精铸用石膏铸型。本发明微熔模精铸用石膏铸型的方法通过外加物理场来改变石膏浆料凝固后的晶体显微结构，并减小晶体尺寸，使制备出满足微熔模精铸要求的石膏铸型，能够用于铸造一次成形、表面光洁和尺寸精度高的微小件。

Description

一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法
技术领域
本发明涉及一种石膏铸型的制备方法。
背景技术
熔模铸造首先需要用易熔材料制成一个和所铸部件相当的可熔性模型，通常是将蜡注入一个逆向工程模型，或者是在蜡模材料上做出。模型材料可以是天然蜡、人工蜡、聚苯乙烯、多种蜡的混合物或其它热塑性材料，有时非排他地包括一些填充物诸如脂肪酸和增塑剂。微熔模精铸是指在熔模铸造的基础上铸造更精密的微小件，所提到的微小件是指轮廓尺寸只有几百微米，最小的精细部位只有几十微米铸件。微小件铸造成形后不可能进行任何机械清理和修剪，必须一次铸造成形，因此微小件铸型的质量是保证微小件表面光洁和精确尺寸的关键。
目前制备石膏铸型主要采用将石膏半水合物粉末与水混合成为石膏浆料，将石膏浆料倾注到不透水的模型中并使浆料与模型保持不动，直至凝固反应完成，然后将已模制的石膏结构从模型中取出的工艺；在制备石膏铸型过程中石膏半水合物经水合反应而转化成为石膏二水合物，发生下列反应：CaSO4·1/2H2O+3/2H2O→CaSO4·2H2O。目前制备石膏铸型的方法中石膏半水合物是溶解于水中，然后再结晶成为石膏二水合物，由于石膏二水合物结晶时生长成针状晶体，其针状晶体的长度为15～30μm(如图2所示)，因此目前制备方法制造出的石膏铸型不能满足微熔模精铸的要求，无法用于铸造一次成形、表面光洁和尺寸精度高的微小件。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前制备方法制造出的石膏铸型不能满足微熔模精铸的要求，无法用于铸造一次成形、表面光洁和尺寸精度高的微小件的问题，而提供的一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法。
微熔模精铸用石膏铸型按以下步骤进行：一、将粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去离子水按1∶36～42的质量比混合搅拌1 0～20s，然后在真空条件下搅拌15～40s；二、将步骤一搅拌混合的石膏浆料注入不透水的模型中进行超声力场作用；三、停止超声力场后在空气气氛、室温条件下至少放置48h，即得到微熔模精铸用石膏铸型；其中步骤二中超声力场从浆料下部导入，超声力场作用的时间为4～10min，超声力场的导入功率为50～500W，超声力场的作用频率为20～100KHz。
本发明微熔模精铸用石膏铸型的制备方法通过外加物理场来改变石膏浆料凝固后的晶体显微结构，本发明制备出的石膏铸型晶体为圆形颗粒状，且晶体尺寸小，可以满足微熔模精铸要求，能够用语铸造一次成形、表面光洁和尺寸精度高的微小件；而且不需要延长石膏铸型的凝固时间。
附图说明
图1是现有技术α半水硬石膏制备的铸型的扫描电子显微镜观察图；图2是现有技术α半水硬石膏制备的铸型的激光共聚焦扫描显微镜观察图；图3是具体实施方式一中用α半水硬石膏制备的微熔模精铸用石膏铸型的扫描电子显微镜观察图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式微熔模精铸用石膏铸型按以下步骤进行：一、将粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去离子水按1∶36～42的质量比混合搅拌10～20s，然后在真空条件下搅拌15～40s；二、将步骤一搅拌混合的石膏浆料注入不透水的模型中进行超声力场作用；三、停止超声力场后在空气气氛、室温条件下至少放置48h，即得到微熔模精铸用石膏铸型；其中步骤二中超声力场从浆料下部导入，超声力场作用的时间为4～10min，超声力场的导入功率为50～500W，超声力场的作用频率为20～100KHz。
目前石膏铸型的制备方法在制备小晶粒尺寸石膏铸型的过程中主要采用增加对石膏浆料的搅拌速率和搅拌时间，以及降低石膏粉末的温度等工艺，而这样操作势必就减小了石膏自然的凝固反应时间，缩短石膏铸型中气泡的释放时间，由此使石膏铸型产生气孔等缺陷；而且这种工艺并没有改变石膏铸型中晶体的显微结构，只是减小了晶体的尺寸，石膏晶体仍是针状交错的形状，不能满足微小件熔模精铸的要求(表面光洁)。另外通过降低石膏浆料的温度只能有限的降低石膏铸型中石膏晶体的尺寸，但会延长石膏浆料的凝固时间，使操作效率降低，可操作性小。
本实施方式步骤二超声力场作用过程中通过扫描电子显微镜观察，在超声力场作用的最初阶段有胶凝状物质出现，出现了较多的无定形状的胶凝状物质，胶凝状物质中由于脱水收缩形成的孔洞清晰可见自形的二水石膏与胶凝状物质之间的接触关系也显示得非常清楚；随着超声力场作用时间的延长，晶粒形状发生明显的变化，石膏晶体形状完全改变，变为圆形颗粒状，晶粒非常细小，晶粒最小的粒径可以达到10～100nm。
因为石膏在凝固过程中由半水合物到二水合物的过程中是放热反应，因此本实施方式若采用大功率(大于500W)的超声力场作用容易导致石膏铸型开裂；而超声力场能量过小、超声力场处理时间过短则会影响石膏铸型的晶体细化效果。
本实施方式采用去离子水可避免杂质的掺入，模型质地均一，可确保石膏铸型的表面光洁。本实施方式石膏浆料初凝时间严格控制为4～6min，凝固时间过长会降低生产效率，凝固时间缩短，致使超声力场的作用时间缩短，会导致石膏铸型中晶体粒度大，无法满足制备精密微小件的要求。
本实施方式如果增加去离子水的加入比例石膏铸型的强度会下降，在铸造生产过程中会影响铸件的质量。
本实施方式步骤三中在空气气氛、室温条件下至少放置48h，可以使石膏铸型的水分充分挥发，最后达到恒定的质量。
目前现有技术用α半水硬石膏制备的铸型的扫描电子显微镜观察图(scanning electron microscope SEM)如图1所示、激光共聚焦扫描显微镜观察图(laser scanning confocal microscope LSCM)如图2所示；本实施方式用α半水硬石膏制备的微熔模精铸用石膏铸型的扫描电子显微镜观察图(scanningelectron microscope SEM)如图3所示。通过观察发现，本实施方式制备的微熔模精铸用石膏铸型的晶体形状完全改变，没有针状晶体，全部为圆形的颗粒状，晶粒的粒径为10～100nm。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中α或β半水硬石膏的温度为18～25℃。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中去离子水的温度为18～25℃。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中α或β半水硬石膏的温度为20℃，去离子水的温度为20℃。其它步骤及参数与实施方式一相同。
本实施方式石膏浆料的凝固时间不延长，保证石膏铸型的生产效率。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中α或β半水硬石膏和去离子水按1∶38～40的质量比混合。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中α或β半水硬石膏和去离子水混合搅拌15s，然后在真空条件下搅拌20～35s。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中超声力场作用的时间为6～8min。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中超声力场的作用频率为30～80KHz。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中超声力场的作用频率为40～60KHz。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二超声力场作用过程中震动石膏浆料。其它步骤及参数与实施方式一相同。
本实施方式在超声力场作用过程中不断震动石膏浆料，可以使石膏浆料中的气泡顺利排出，提高石膏铸型的质量。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中超声力场的导入功率为100～400W。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中超声力场的导入功率为200～300W。其它步骤及参数与实施方式一相同。

Claims (8)

1.一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法，其特征在于微熔模精铸用石膏铸型按以下步骤进行：一、将粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去离子水按1∶36～42的质量比混合搅拌10～20s，然后在真空条件下搅拌15～40s；二、将步骤一搅拌混合的石膏浆料注入不透水的模型中进行超声力场作用；三、停止超声力场后在空气气氛、室温条件下至少放置48h，即得到微熔模精铸用石膏铸型；其中步骤二中超声力场从浆料下部导入，超声力场作用的时间为4～10min，超声力场的导入功率为50～500W，超声力场的作用频率为20～100KHz。
2.根据权利要求1所述的一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法，其特征在于步骤一中α或β半水硬石膏的温度为18～25℃。
3.根据权利要求1所述的一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法，其特征在于步骤一中去离子水的温度为18～25℃。
4.根据权利要求1所述的一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法，其特征在于步骤一中α或β半水硬石膏和去离子水按1∶38～40的质量比混合。
5.根据权利要求1所述的一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法，其特征在于步骤一中α或β半水硬石膏和去离子水混合搅拌15s，然后在真空条件下搅拌20～35s。
6.根据权利要求1所述的一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法，其特征在于步骤二中超声力场作用的时间为6～8min。
7.根据权利要求1所述的一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法，其特征在于步骤二中超声力场的作用频率为30～80KHz。
8.根据权利要求1所述的一种微熔模精铸用石膏铸型的制备方法，其特征在于步骤二超声力场作用过程中震动石膏浆料。
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